水稻基腐病菌hfq和crp基因的功能研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangjianke
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玉米狄克氏菌(Dickeyazeae,简称D.zeae,异名:Erwinia chrysanthemi pv.zeae)是一种世界性重要植物病原细菌,寄主范围广泛。由它引起的水稻细菌性基腐病是水稻上重要细菌病害之一,在我国及东南亚国家的局部稻区严重发生,导致水稻严重减产。目前对病原菌D.zeae的致病性及其致病性调控机理研究还不完善,hfq和crp分别编码sRNA分子伴侣 Hfq和环腺苷单磷酸受体蛋白(CRP),它们在水稻基腐病菌中的作用,尚不清楚。  为了明确hfq和crp在D.zeae中的致病作用,本论文以水稻基腐病菌DZJS-4为材料,通过无痕基因敲除的方法,构建获得了DZJS-4的hfq和crp基因缺失突变体△hfq和△crp。表型测定结果表明,与野生型相比突变体△hfq和△crp的生长速率明显下降、形成生物膜的能力减弱,纤维素酶和果胶酶的活性降低,在大白菜上的软腐症状减弱,都失去了在寄主植物水稻上的致病力;其中,突变体△hfq的胞外蛋白酶和毒素的活性均完全丧失,烟草上的HR能力减弱,显著影响水稻种子萌发的抑制作用,且在不同环境压力(低温、高温、10%乙醇、10%蔗糖、20%蔗糖)下的生存能力也明显减弱;而突变体△crp产生胞外蛋白酶和毒素的能力下降,对水稻种子萌发和烟草HR影响较小。进一步功能互补分析结果表明,突变体△hfq和△crp的互补体表型特征均能恢复成野生型。  为了更进一步了解hfq对上下游基因的调控关系,本论文采用Illumina HiSeq200的测序平台对水稻基腐菌DZJS-4和突变体△hfq菌株进行了转录组学分析,并比较它们之间基因转录水平的差异,测序结果显示,与野生型相比,△hfq中共有3537个基因转录丰度发生了改变,其中(|log2(FoldChange)|>1且qvalue<0.005)的差异基因有710个,347个基因上调表达,363个基因的转录受到抑制。同时,对其差异基因进行了GO富集分析和KEGG富集分析,结果发现,这些差异基因涉及细菌的鞭毛组成(Flagellar assembly),双组分系统(Two-component system),脂肪酸代谢(Fatty acid metabolism),细菌趋化性(Bacterial chemotaxis),ABC转运蛋白(ABC transporters),细菌的分泌系统(Bacterial secretion system)等途径。突变体△hfq中有22个T6SS基因及30个鞭毛系统基因的表达受到hfq的调控,趋化性基因簇中的32个基因也表出不同的转录水平差异。此外,野生菌DZJS-4和突变体△hfq之间有43个sRNA的表达存在显著差异。对候选sRNA靶标基因分析表明,每个候选sRNA都对应着多个靶标基因。选择部分差异表达基因和候选sRNA进行实时荧光定量PCR,其结果与转录组测序基本吻合,Hfq正向调控hcp、vgrG、vasJ、vasD、impB、impC、zmsA、pelE、celZ、cytB、prtC及细菌代谢途径中相关基因的表达,负调控鞭毛基因簇、yliB、ycgG、vfmE和rbsk等基因表达。  以上结果表明,hfq和crp明显影响了D.zeae的致病性,具有综合调控功能,是病原菌致病所必需的。
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